Анализа на дијагностиčки методи за грешки во земјиштето на јадрото на трансформаторите за распределба од 35 кВ

35 кВ дистрибутивни трансформатори: Анализа на грешките во земјиштето на жежа и методи за дијагностика

35 кВ дистрибутивните трансформатори се често користени важни опреми во електропреносни системи, носејќи значаен дел од задачите за пренос на електрична енергија. Меѓутоа, по време на долготрајна работа, грешките во земјиштето на жежа стануваат главен проблем што влијае на стабилната работа на трансформаторите. Грешките во земјиштето на жежа не само влијаат на ефикасноста на енергијата на трансформаторите и зголемуваат трошоците за одржба на системот, туку може да извикаат и подолу сериозни електрични повреди.

Покрај тоа, со стареењето на електроопремата, фреквенцијата на грешките во земјиштето на жежа постепено се зголемува, што бара подобрување на дијагностика и третман на грешки во операцијата и одржбата на електроопремата. Иако постојат некои методи за дијагностика, все уште има технички бутлеки како ниска ефикасност на детекција и тешко локализирање на грешките. Постои спешна потреба да се истражат и применат подетални, чувствителни технологии за дијагностика на грешки за подобрување на надежноста на работата на опремата и осигурување на стабилноста и безбедноста на електропреносниот систем.

1 Анализа на причините и карактеристиките на грешките во земјиштето на жежа во 35 кВ дистрибутивни трансформатори

1.1 Чести причини за грешки во земјиштето на жежа

Во 35 кВ дистрибутивните трансформатори, изолациони материјали обично се користат помеѓу пластовите на жежата за изолација. Меѓутоа, по време на долготрајна работа, интерни електрични полета и температура доведуваат до постепено стареење на изолационите материјали, особено во околини со висок напон и висока температура каде што перформансите на изолацијата брзо се влошуваат. Со напредување на стареењето, отпорот на изолацијата се намалува, а повреда на изолацијата во делови може да формира многупоентски земјишти грешки.

Трансформаторите неизбежно испишуваат механички вибрации по време на долготрајна работа. Особено при услови на значајни флуктуации на оптоварувањето, вибрациите може да доведат до релативна дислокација на жежата и компонентите за клипнење на жежата. Лесни клипни или повредени изолациони материјали може да предизвикаат грешки во земјиштето. Дефектите во производството на жежата на трансформаторите се такаѓе важни причини за грешки во земјиштето на жежата. По време на производството, ако џамковите плочи имаат бурми, неравномерно покривање со изолациони материјали, или недостаточна прецизност во обработка на жежата, може да се случат локални повреди на изолацијата. Таквите дефекти често се концентрираат во земјиштните делови на трансформаторот. Кога електричното поле во жежата е неравномерно, може да се случат делови парцијални разрадби.

1.2 Електрични карактеристики и опасности од грешки

Најдиректната електрична карактеристика на грешките во земјиштето на жежата е зголемена земјишта ток. После што се случи грешка во земјиштето, земјиштиот ток типички ја покажува варијацијата на ток со хармонички компоненти, особено во области над 50 Хц. Кога се случуваат грешки, формата на токот во земјиштето често не е синусоидна, со поголема амплитуда на хармонички компоненти.

Друга типична карактеристика на грешките во земјиштето на жежата е парцијална разрадба. После повреда на изолациони материјали, електричното поле се концентрира во повредените области, што предизвикува корона разрадба и парцијална разрадба. Парцијалната разрадба обично генерира токови со високи фреквенции со фреквентни опсеги кои обично се наоѓаат помеѓу 3-30 МГц. Сигналите на токовите во овој фреквентен опсег може да се захватат и анализираат со специјализирани трансформатори за високи фреквенции (HFCT).

Друга електрична карактеристика предизвикана од грешките во земјиштето на жежата е ефектот на температурски пораст. Збогу на губитоци од вихорски токови во местото на грешката, локалната температура се зголемува. Овој ефект на температурски пораст не само директно повредува изолационите материјали, туку може и да предизвика прекумерно загревање во делови од жежата.

1.3 Влијание на грешките врз работата на трансформаторот

Грешките во земјиштето на жежата доведуваат до зголемен земјишти ток, што на свој ред предизвикува дополнителни губитоци во жежата на трансформаторот. Губитоците во жежата предимно се состојат од вихорски токови и губитоци од хистереза. Кога се случуваат грешки во земјиштето, неравномерната дистрибуција на магнетното поток во трансформаторот значително зголемува губитоците од вихорски токови во одредени области. Ова не само намалува ефикасноста на енергијата на трансформаторот, туку може и значително да зголеми трошоците за работа. Зголемените губитоци во жежата подобруваат прекумерното загревање на трансформаторот, што дополнително влијае на долготрајната стабилна работа.

Парцијалната разрадба и ефектот на температурски пораст предизвикани од грешките во земјиштето на жежата забрзуват стареењето на интерни изолациони материјали во трансформаторите. По време на стареењето на изолацијата, отпорот на слоевите на изолацијата постепено се намалува, а електричната изолациона способност постепено се влошува. Кога изолацијата целосно се повреди, може да се активираат локални кратки замкнувања или подолу сериозни целосни кратки замкнувања.

Грешките во земјиштето на жежата не само доведуваат до намалена електрична перформанси, туку и влијаат на хемиската композиција на трансформаторната масло. Кога жежата се земјишти, парцијалната разрадба и прекумерното загревање доведуваат до пораст на температурата на маслото, што предизвикува промени во составот на растворени гасови во маслото, особено аномални порастови на содржината на метан (CH4) и етен (C2H4).

2 Методи за дијагностика и технички споредба на грешките во земјиштето на жежата

2.1 Традиционални методи за дијагностика

Методот на DC отпор е еден од традиционалните методи за дијагностика на грешки во земјиштето на жежата, првенствено судејки за постојаноста на грешката преку мерење на изолациониот отпор помеѓу жежата и земјата. Овој метод примена DC напон и мери соодносот на ток и напон за пресметка на изолациониот отпор. Идеално, изолациониот отпор на жежата треба да остане на висока вредност; ако отпорот се понижи под одредена граница, тоа може да указува на грешка во земјиштето.

Меѓутоа, методот на DC отпор не може точно да локализира точките на грешка. Неговите мерења можат само да одразуваат просечната изолација на целоста на жежлјето и не можат да определат специфични области со грешки. Овој метод исто така има одредена забелешка, особено кога стареењето на изолацијата јzcze не предизвикало значајни промени во отпорот, што прави рано детектирање на грешки неефективно. Поминувајќи низ тоа, методот на DC отпор не може да даде информации за типовите на грешки, и деталните карактеристики на грешките не можат ефективно да се извлечат од податоците за мерење.

Анализата на масло хроматографија детектира промени во компонентите на растворен гас во трансформаторското масло за да инферира типови на грешки. Овие растворени гасови обично се произведуваат кога се случува испуштање, прекумерно загревање или други електрични грешки внатре во трансформаторот. Заемни гасови компоненти во трансформаторското масло вклучуваат метан (CH4), етен (C2H4), етан (C2H6) итн. Промените во концентрацијата на гасови можат да одразуваат оперативната состојба на трансформаторот. 

Спореднувајќи концентрациите на растворени гасови во маслото со типови на грешки, може да се предварително утврди дали е дошло до грешка на земљиште на жежлјето во трансформаторот. Анализата на масло хроматографија има релативно забележана реакција; по случајноста на грешка, потребно е време за растворените гасови да се накопат, што ограничува своевременоста на дијагностика на грешки. Поминувајќи низ тоа, анализата на масло хроматографија не може да даде точни локации на грешки или специфични карактеристики, туку само покажува грешки преку промени во концентрацијата на гасови. За мале или интермитентни грешки, диагностика преку анализата на масло хроматографија може да биде забелешана и не може да реагира брзо на случајноста на грешка.

2.2 Современи технологии за детекција со инструменти

Технологијата за детекција на делечни испуштања се базира на принципот на трансформатори за високочестотен струја (HFCT), кои фатат и анализираат сигнали на пулси причинети од земљиште на жежлјето за да дијагностираат грешки. Кога доаѓа до грешки на земљиште на жежлјето, делечните испуштања генерираат високочестотни струјни пулси на местата на повреда на изолацијата. Овие струјни сигнали обично се проявуваат како високочестотен шум или сигнали на пулси со честотен опсег обично помеѓу 3-30 MHz. 

Инсталирајќи високочестотни сензори за струја на земљишната линија на трансформаторот, сигналите на делечни испуштања можат да се фатат во реално време. Оваа технологија може ефикасно да локализира делечни точки на грешка, има висока осетливост и може да детектира грешки во ране стадии. Детекцијата на делечни испуштања може ефективно да идентификува мале грешки причинети од стареење на изолацијата или механичка повреда, давајќи точни информации за дијагностика на грешки. Анализирајќи сигналите на делечни испуштања, може да се процени тешкотијата и трендот на развој на грешки, што овозможува соодветни вртежи или превентивни мерки.

Технологијата на инфрачервен термален сликар детектира области со локално температурно повеќе на жежлјето користејќи инфрачервени термални сликачи за да се утврди дали постојат грешки на земљиште. После што доаѓа до грешки на земљиште на трансформаторот, губитоци на вихорска струја во локални области предизвикуваат температурно повеќе, особено значајно температурно повеќе околу места на грешки. Технологијата на инфрачервен термален сликар може да добие распределба на температурата во реално време на површината на жежлјето и да утврди постојание на грешки преку разлики во температурата. Обично, кога разликите во температурата надминуваат 10°C, треба да се направи фокусирани истражувања на таа област. Преимакот на оваа технологија се состои во тоа што може да детектира промени во температурата без контакт, со брзина на мерење, што ја прави пригодна за брза на-поле детекција.

Методот на детекција на високочестотна струја користи Rogowski катушки за мерење на промени на високочестотна струја на земљишните линии, обично во честотен опсег од 500 kHz до 2 MHz. Овие високочестотни струји се генерираат од процеси на испуштање предизвикани од грешки на земљиште на жежлјето. Фатувајќи струјни сигнали во овој честотен опсег, може ефективно да се идентификува постојание на грешки. Спореднувајќи со технологијата за детекција на делечни испуштања, детекцијата на високочестотна струја има повисока осетливост и може да фати екстремно слаби сигнали на грешки. Користејќи Rogowski катушки за безконтактно мерење, не само се поедноставува инсталацијата, туку и се подобрува точноста на мерење. Оваа технологија е особено пригодна за области кои се тешко достапни и може да се изврши онлајн детекција без да се повреди опремата.

3 Оптимизација на процесот на дијагностика на грешки и анализа на случајеви

3.1 Предлози за оптимизиран процес на дијагностика

При дијагностика на грешки на земљиште на жежлјето, првиот чекор треба да биде претходна екрана користејќи технологијата на инфрачервен термален сликар. Инфрачервените термални сликачи можат брзо да добијат карти на распределба на температурата на површината на трансформаторот, што помага на личности за дијагностика да идентификуваат можно области со аномално температурно повеќе. Кога претходната екрана идентификува потенцијални области со грешки, следниот чекор треба да биде комбинирана тестувања со методот на детекција на високочестотна струја и технологијата за детекција на делечни испуштања.

Методот на детекција на високочестотна струја фатува промени на земљишната струја во честотен опсег од 500 kHz до 2 MHz користејќи Rogowski катушки, ефективно идентификувајќи области со грешки на земљиште на жежлјето. Технологијата за детекција на делечни испуштања мониторира сигнали на пулси на испуштање во реално време користејќи HFCT сензори, анализирајќи честота и интензитет на испуштање за да се подобаро потврди локацијата на грешки.

После извршување на детекција на високочестотна струја и делечни испуштања, последниот чекор е да се верификува и анализира тешкотијата на грешката преку анализата на масло хроматографија. Детектирајќи растворени гасови во трансформаторското масло, особено промени во концентрацијата на метан (CH4), етен (C2H4) и други гасови, може да се подобаро потврди природа на грешката. За сериозни грешки на земљиште на жежлјето, анализата на масло хроматографија ќе покаже аномално повисани компоненти на гас. Комбинирајќи податоци од анализата на масло хроматографија со други резултати од детекција, може комплексно да се асесира влијанието на грешката и да се даде основа за последниот вртеж.

3.2 Анализа на типични случаи

Во време на работа на подстанција, технички персонал забележа значително повеќе на земљишната струја на 35 kV дистрибутивен трансформатор, многу над нормалните вредности. Податоците за мониторинг покажаа дека земљишната струја достигна 5 A, додека при нормални услови, земљишната струја треба да биде под 100 mA. Изазовот бил дека иако земљишната струја аномално се повишила, не било очигледни физички укази на грешки. Традиционалните електрични методи за дијагностика како тестување на DC отпор и анализа на масло хроматографија не можеле да дадат јасни информации за локацијата на грешката.

За решавање на проблемот со земјиштво на јадрото на трансформаторот, одржувачките лица користеа неколку модерни дијагнозни технологии. Прво, користеа FLIR T640 инфрацрвена термална камерата за претходно екранисање, брзо локализирајќи области со температурски повишение во јадрото и поврзаните компоненти. Потоа користеа PD-Tech HFCT сензори за високочестотен струја за мониторинг на земјишта струја. На крај, користеа PD-Tech детектори за делкови пуштања за тестiranje и анализа на сигнали за пуштање, локализирајќи точката на грешка. Резултатите од тестовите се прикажани во Табела 1.

Таб.1 Резултати од детекција на проблеми со трансформаторот

Се на основа на резултатите од детекцијата со инфрацрвено топлинско сликање, температурната разлика околу компонентите за фиксација на јадрото достигна 12°C, што е повеќе од нормалниот опсег, предварително потврдувајќи можно претопување во овој регион. Реалната детекција со сензори за високочестотен струјен пролив открила струја кон земјата од 5 A, значајно надминувајќи нормалната вредност од 100 mA, што указува дека се развил дефект во трансформаторот. Додатна детекција на делови дисипација покажала силни флуктуации на сигналите од високочестотен струјен пролив во фреквенцијски опсег од 4,5-18 MHz, со постепено зголемување на интензитетот на дисипацијата, што указува дека локацијата на дефектот е при компонентите за фиксација на јадрото и дека дефектот се злобарува.

Конечната потврда за локацијата на дефектот беше при изолационата подложница на компонентите за фиксација на јадрото. Изолациониот материјал старее поради долготрачна работа, што причинило минорно повредување на изолацијата и активираше дефектот кон земјата. Мерките за третман на дефектот вклучувале замена на изолационата подложница, а последната тестiranje potvrdilo дека струјата кон земјата се вратила до нормалната вредност, елиминација на дефектот и враќање на стабилна работа на опремата.

Овој случај демонстрира дека комбинацијата на технологијата за инфрацрвено топлинско сликање, технологијата за детекција на делови дисипација и технологијата за детекција на високочестотен струјен пролив може ефективно да го подобри ефикасноста и точноста на дијагностика на дефектот кон земјата на јадрото. Во реални процеси на работа и одржување, персоналот треба редовно да користи овие технологии за совместна дијагностика за осигурување на безбедна и стабилна работа на трансформаторите.

4 Заклучок

Во дијагностика на дефектот кон земјата на јадрото, совместната применa на многу модерни дијагностички технологии може значајно да го подобри точноста на локацијата на дефектот и ефикасноста на дијагностика. Благодарение на синергетички ефекти на детекцијата на високочестотен струјен пролив, анализа на делови дисипација и технологијата за инфрацрвено топлинско сликање, можат да се детектираат потенцијални ризици на опремата во рана фаза, и точно да се идентификуваат изворите на дефекти, намалувајќи времето на прекинување на опремата и проширувајќи животниот век на трансформаторите.

У буѓућности, со непрекинутим развојем и применом нових технологија за детекција, дијагностика и одржување на дефектот кон земјата на јадрото ќе станат уште ефикаснији и прецизни, што ќе ги заштити стабилноста и сигурноста на системите за енергија.